光周期调节黑视蛋白表达影响蛋鸡节律行为的研究

Adaptation to changes in the ambient light is important for life. For the free-ranged native layers, the rhythmic behaviors such as foraging and egg-laying have different responses to different photoperiodic conditions. Melanopsin, a recently discovered photopigment,is expressed in retina, suprachiasmatic nucleus and pineal gland in bird. There exists both light input passage with melanopsin expression and output passage with melatonin synthesis and secretion in pineal gland, which takes part in the regulation of biological rhythm and reproductive function in bird. Here we propose a hypothesis that the pineal melanopsin expression may be affected by different photoperiodic length and light: dark ratio, and may have some relationship with melatonin content in layers, and their cooperation will affect the rhythmic behaviors and reproduction system, and indicate adaptative changes. The project aims to study the ethogram of layers and its characteristics under free-range system, and then the rhythmic behavioral changes and reproductive development are observed. The relationship between pineal melanopsin expression and melatonin content, and effects of melanopsin expression on rhythmic behaviors are further investigated, in order to testify the hypothesis above mentioned. The project will provide a new point for clarification of photoperiodic regulation of layer's behavior, and also a new thought about increasing bird's light adaptability.

对外界光照变化的适应对生命来说至关重要。对于散养的地方鸡种来说，其采食、产蛋等节律行为在不同光周期条件下表现不同。黑视蛋白是一种新近发现的感光色素，其在家禽视网膜、视交叉上核和松果体都有表达。禽类松果体既存在有黑视蛋白表达的光输入通路又存在褪黑激素合成并分泌的输出通路，参与调节机体内生物节律和生殖功能。我们特提出假设认为鸡松果体黑视蛋白的表达量受到光周期的长度和明暗期比例的影响，并同褪黑激素分泌量存在一定的相关关系，二者协同影响鸡节律行为、生殖系统等发生适应性的变化。本项目目的是通过研究散养蛋鸡产蛋期间的行为谱及特征，并在其基础上采用不同光周期处理研究其对鸡只节律行为表现、生殖系统发育的影响，探讨松果体黑视蛋白基因表达量和褪黑激素分泌量的相关性，以及不同黑视蛋白表达量对蛋鸡节律行为表现的影响，来验证以上假设。本项目将从新的视角来阐明光周期影响蛋鸡行为的机制，也为提高禽类光适应性提供新思路。

节律行为是生物体有规律表现的特殊的活动或反应，如采食、睡眠和产蛋等。光周期是影响行为的一个重要环境因素。本项目以北京油鸡为素材，研究散养蛋鸡产蛋期行为谱及特征，并在此基础上采用6种光周期处理研究其对鸡只节律行为表现、生殖系统发育的影响，筛选出3种光周期，继续探讨黑视蛋白基因表达量和褪黑激素分泌量的相关性，以及黑视蛋白表达量对蛋鸡节律行为表现的影响。主要结果如下：.1）在基本行为谱（20种）基础上，观察并重新定义了散养蛋鸡的36种个体行为，并根据其功能进行分类。日活动变化规律表明：蛋鸡静态行为占多数，白天活动受人工饲养管理影响很大，尤其是鸡舍开关灯时间和饲喂时间。主要行为活动时间分配为：睡眠40-45%，采食20-25%，其他行为等30-40%。.2）不同光周期处理下鸡群采食行为模式发生变化，表现为光周期时间越短采食高峰越多，采食持续时间越长。采食高峰出现受开关灯时间以及饲喂时间的影响。鸡的产蛋模式大体相同，而睡眠模式稍有不同，似乎鸡群睡眠频率也受开关灯时间以及饲喂时间的影响。16L:8D、12L:12D和12L:2D:4L:6D组的生殖系统发育情况显著优于14L:10D组和10L:2D:4L:8D组（P<0.05）。.3）不同光周期处理下松果体黑视蛋白基因（OPN4）具有不同节律表达模式，可能与其各自明暗时间长短有关。12L:2D:4L:6D组松果体OPN4 mRNA表达量最高（P<0.05）；34周龄OPN4 mRNA表达水平与Mel含量呈显著负相关（r=-0.479，P<0.05）。.4）不同周龄、不同组织OPN4 mRNA和褪黑激素受体基因（Mel-1c）的相对表达量不同。OPN4 mRNA和Mel-1c mRNA基因表达具有同步协同作用。光周期处理显著影响鸡采食频率和睡眠频率（P<0.05），而对产蛋频率影响较低。.总体结果：鸡松果体黑视蛋白表达量与体内褪黑激素分泌量存在显著负相关关系；松果体黑视蛋白响应不同光周期信号进行节律性表达，引发体内褪黑激素等内分泌节律改变，结合褪黑激素受体基因表达一起，同步协同调节鸡行为模式发生适应性变化。本项目通过光周期调节黑视蛋白表达途径提高家禽对环境光照变化的适应性，有力推动黑视蛋白在家禽领域的深入研究和应用。